DE3101056A1 - Verfahren und einrichtung zur ermittlung von schaltsignalen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur ermittlung von schaltsignalen

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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft EPT Dr. W/m
Stuttgart-Untertürkheim - Daim 12 909/4 -
9. Januar 1981
Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung von Schaltsignalen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Schaltsignalen für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes und mit einem Getriebe mit abgestuften Gängen versehenes Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, bei dem Meßwerte zur Bestimmung des jeweiligen Betriebspunktes erfaßt und mit den Werten eines hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches optimalen Bereiches des Motorkennfeldes verglichen werden.
Verfahren und Einrichtungen, die Schaltsignale zur Steuerung eines Getriebes erzeugen, sind in vielfachen Ausführungsformen bekannt (z.B. DE-OS 2 748 22?, DE-OS 2 336 772). Einige dieser Einrichtungen haben das Ziel, den jeweiligen momentanen Betriebspunkt des Kraftfahrzeugantriebs zu ermitteln und zu bestimmen, ob die vom Antrieb zu erbringende Leistung nicht in einem anderen Gang verbrauchsgünstiger, d.h. mit weniger Kraftstoff erbracht werden kann. Solche Einrichtungen können zwar auch in Personenkraftwagen eingebaut werden, ihre größere Effizienz aber erreichen sie bei
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einem Einbau in Nutzfahrzeugen, insbesondere in Lastkraftwagen, da deren Getriebe mit mehr abgestuften Gängen versehen sind, als dies bei Personenkraftwagen der Fall ist. Daher kann ein Lastkraftwagen dieselbe Leistung in mehreren Gängen erbringen, wobei dies mit unterschiedlichem Kraftstoffverbrauch geschieht. Anstelle einer direkten Steuerung des Getriebes können solche Schaltsignale dem Fahrer angezeigt und ihm damit der Gang empfohlen werden, in welchem die Motorleistung mit geringstem Kraftstoffverbrauch erbracht werden kann.
Bei bekannten Bauarten werden als Kriterien für die Schaltsignale das Über- und Unterschreiten von Motordrehzahlgrenzen, die sich aus den Übersetzungssprüngen zwischen den einzelnen Gängen ergeben und abhängig von der Belastung des Motors verschoben werden können, herangezogen. Es ist auch bekannt, z.B. beim Befahren von Steigungen Pendelschaltungen zu vermeiden, wenn bei der Bestimmung der Schaltpunkte zusätzlich die Fahrzeugbeschleunigung berücksichtigt wird (DE-AS 23 38 122).
Bei einer anderen Bauart (DT-OS 27 48 227) wird zur Schaltpunk t er mi tt lung das Motorkennfeld mit den KraftstoffVerbrauchskurven verwendet. Da jedoch der Zusammenhang zwischen Motorleistung, Motordrehzahl und Kraftstoffverbrauch bei diesem Verfahren nur stark vereinfacht berücksichtigt wird, ist mit einer Kraftstoffeinsparung allenfalls im unteren Drehzahl-Leistungsbereich zu rechnen. Der in dieser Hinsicht besonders interessante Bereich hoher Drehzahlen und Leistungen wird nicht erfaßt. Darüber hinaus werden bei diesem Verfahren unterschiedliche Getriebesprünge zwischen den einzelnen Gängen durch einen konstanten Mittelwert ersatzweise dargestellt, wodurch die Funktionsfähigkeit des Systems bei
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nicht geometrisch gestuften Getrieben beeinträchtigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Schaltsignalen zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich wird, die Schaltsignale hinsichtlich einer weiteren Kraftstoffverbrauchssenkung eines mit einer solchen Einrichtung versehenen Kraftfahrzeuges genauer zu bestimmen, als dies bisher der Fall war.
Die Erfindung besteht darin, daß Meßfühler zum Abtasten der Motordrehzahl, des Motormomentes, der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sowie weiterer Kenngrößen angeordnet sind und daß ein Rechenwerk vorgesehen ist, welchem die Meßwerte zugeführt werden und welches Schaltsignale dann erzeugt, wenn die verarbeiteten Meßwerte Größen ergeben, die entweder oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertebereiches liegen, der sich an der Kurve minimalen, spezifischen Kraftstoffverbrauchs b . des Motors orientiert und der soweit wie möglich durch Verbrauchssymmetrisch zu den Werten dieser Kurve liegenden Grenzwerte (Schaltgrenzen) bestimmt ist, deren Abstand voneinander der Größe jeweils eines Getriebesprunges proportional ist. Verbrauchssymmetrisch bedeutet in diesem Fall, daß sich auf den beiden Schaltgrenzen bei gleicher Motorleistung der gleiche Kraftstoffverbrauch einstellt. Die auf diese Weise ermittelten Schaltsignale werden entweder zur automatischen Steuerung eines Getriebes verwendet, oder dem Fahrer mittels einer Anzeigeeinrichtung als Schaltempfehlung signalisiert.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß über die von den Meßfühlern abgegebenen Meßwerte ein momentaner Betriebspunkt des Motors ermittelt wird, für den das Rechenwerk überprüft, ob er in einem hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches optimalen Betriebsbereich liegt, dessen Grenzen einen den jeweiligen Getriebesprüngen ent-
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sprechenden Abstand aufweisen und die weitgehend verbrauchssymmetrisch zur Kurve minimalen, spezifischen Kraftstoffverbrauches (d.h. maximalen Motorwirkungsgrades) verlaufen. Liegt der momentane Betriebspunkt innerhalb dieses optimalen Betriebsbereiches, so wird kein Schaltsignal erzeugt. Liegt der Betriebspunkt oberhalb oder unterhalb dieses optimalen Bereiches, so wird ein Signal zum Schalten in einen niedereren bzw. höheren Gang erzeugt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der den optimalen Betriebsbereich einschließenden Grenzen - im folgenden als Hochschalt- bzw. Rückschaltgrenze bezeichnet - ist nach einem gemäß dem neuen Verfahren vollzogenen Schaltvorgang sichergestellt, daß
1. die gleiche Motorleistung wie vor dem Schalten benötigt zur Verfügung steht und
2. der Motorbetriebspunkt näher an der Grenze maximalen Wirkungsgrades liegt, als es vor dem Schalten der Fall war.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, daß die Grenzwerte in Abhängigkeit der Fahrzeugbeschleunigung und Fahrbahnsteigung verschoben werden. Liegt der Motorbetriebspunkt auf dem Teil der Eückschaltgrenze, der mit der größtmöglichen Motorleistung verbunden ist, so läßt sich daraus schließen, daß das Fahrzeug stark beschleunigt oder eine extreme Steigung befahren werden soll. Nähert sich unter diesen Betriebsbedingungen die Motordrehzahl an denjenigen Drehzahlwert an, bei dem sich aufgrund eines fiückschaltvorgangs die maximale Motordrehzahl einstellen würde, so ist dabei ein Zurückschalten nur dann noch sinnvoll, wenn die maximale Motorleistung für das Befahren von Steigungen mit hohen Geschwindigkeiten benötigt wird. Bei Beschleunigungsvorgängen dagegen lohnt sich ein Zurückschalten
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bei Annäherung an diesen Punkt nicht, da nach einem Wechsel in den nächstliegenden Gang die Hochschaltgrenze rasch überschritten und damit ein Bereich erreicht würde, in dem wieder hochgeschaltet werden sollte. Es ist daher von Vorteil, die Schaltgrenze in Abhängigkeit der Fahrzeugbeschleunigung zu verschieben. Die Berücksichtigung der Fahrbahn« Steigung zur Ermittlung der Schaltsignale erweist sich dann als günstig, wenn z.B. beim Befahren von Steigungen ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit während des Schaltvorganges berücksichtigt werden muß. In diesem Fall darf erst bei einer höheren Drehzahl als durch die ursprüngliche Schaltgrenze bestimmt ist, in den nächsthöheren Gang gewechselt werden. Wenn umgekehrt auf Gefällstrecken die Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Schaltvorganges zunimmt, so können die Punkte der Hochschaltgrenze zu kleineren Motordrehzahlen hin verschoben werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, den unterschiedlichen Getriebewirkungsgrad in den einzelnen Gängen - abhängig von Motorleistung und Motordrehzahl - im Kurvenverlauf der Schaltgrenzen zu berücksichtigen. Dadurch kann berücksichtigt werden, daß z.B. bei konstanter Zugkraft des Fahrzeuges (gleiche Steigung, gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit) nur eine kleinere Motorleistung benötigt wird, wenn der Wirkungsgrad nach dem Schaltvorgang größer als im vor dem Schaltvorgang eingelegten Gang ist. Dies hat zur Folge, daß im Hinblick auf den kleinstmöglichen Kraftstoffverbrauch schon bei einer kleineren Drehzahl hochgeschaltet werden soll, als es die ursprüngliche Hochschaltgrenze angibt. Dadurch kann eine noch bessere Kraftstoffeinsparung erzielt werden.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist in vorteilhafter Weise einen Meßfühler
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am Zahnkranz der Schwungscheibe des Motors auf, der dann Signale an das Rechenwerk abgibt, die der Drehzahl des Zahnkranzes entsprechen. Dieser Meßfühler kann als induktiver Aufnehmer ausgestaltet sein und damit elektrische Pulse abgeben, deren Frequenz der jeweiligen Drehzahl proportional ist. Damit kann die Motordrehzahl gemessen werden. Da die Motorleistung durch die Multiplikation von Drehmoment und Drehzahl ermittelt werden müßte, wobei sich die relativen Meßfehler der beiden Größen im ungünstigsten Fall aufsummieren wurden, ist es vorteilhaft, anstelle der Motorleistung direkt das Motordrehmoment für die Ermittlung der Schaltsignale zu verwenden. Bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung kann das Motordrehmoment in vorteilhafter Weise dadurch gemessen werden, daß die Öffnungszeit der Einspritzdüsen als indirekte Meßgröße zur Bestimmung des Motordrehmomentes verwendet wird. Bei Dieselmotoren kann der erforderliche Meßfühler so angebracht sein, daß er die Bewegung der Düsennadel in der Einspritzdüse abtastet und damit ein Start- bzw. Stopsignal für eine Zeitmessung liefert. An die elektrische Signalverarbeitung werden in diesem Fall keine besonderen Anforderungen gestellt, da eine Zeitmessung mit elektronischen Mitteln einfach und mit hoher Genauigkeit durchgeführt weraeu icann.
Um unvermeidbare Totzeiten verkürzen zu können, kann ein solcher Meßfühler an jedem Zylinder angeordnet sein. Das Motordrehmoment kann aber auch in an sich bekannter Weise über eine Drehmomentenmeßwelle mit Dehnungsmeßstreifen und bei Ottomotoren indirekt durch Messung der Drosselklappenstellung oder des Saugrohrunterdrucks am Vergaser ermittelt werden.
Um bei der Ermittlung der Schaltsignale die Fahrzeugmasse berücksichtigen zu können, ist es günstig, wenn die Einrichtung einen vom Fahrzeugfahrer betätigbaren Schalter zur Abgabe eines der Fahrzeugmasse entsprechenden Signales an das Rechenwerk aufweist. Ein solcher Schalter kann z.B.
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drei Wahlbereiche 11O, 1/2, 1" aufweisen, mit Hilfe derer dann der jeweilige Beladungszustand von der Einrichtung bei der Ermittlung der Schaltempfehlung berücksichtigt wird. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine einfache und billige Berücksichtigung der !Fahrzeugmasse.
Zur Ermittlung der Getriebeübersetzung ist es günstig, wenn neben dem Meßfühler für die Motordrehzahl (gleich Getriebeeingangsdrehzahl) ein weiterer Meßfühler angeordnet ist, der in Abhängigkeit der Getriebeausgangsdrehzahl Signale an das Eechenwerk abgibt. Die Signale dieser beiden Drehzahl-Meßfühler können an zwei elektrische Zähler gegeben werden, die die Einrichtung ebenfalls umfaßt, und die so arbeiten, daß sie solange beide Signale aufsummieren, bis die Anzahl der der Getriebeausgangsdrehzahl entsprechenden Pulse einen fest vorgegebenen Wert erreicht hat. Die Zähler beginnen dabei auf ein gemeinsames Startsignal hin die entsprechend der Getriebeeingangs- und der Getriebeausgangsdrehzahl einlaufenden Pulse zu summieren. Sobald der Zähler zur Aufsnmmierung der Getriebeausgangsdrehzahl· einen vorgebbaren Wert erreicht hat, wird auch die Zählung der Getriebeeingangsdrehzahl gestoppt. Dieser Wert des Zählers entspricht dann genau dem jeweiligen Wert der Getriebeübersetzung. Hierdurch kann das Getriebeübersetzungsverhältnis ohne Abtasten der Schaltmechanik exakt bestimmt werden.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 -eine schematische Darstellung einer Motor-Getriebe-Kombination mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 ein schematisches Zugkraft-Geschwindigkeits-Diagramm,
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Fig. 3 ein Leistungs-Drehzahl-Diagramm mit der Kurve optimalen Wirkungsgrades,
Pig. 4- ein Leistungsdrehzahl-Diagramm mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen optimalen Bereich,
Pig. 5 ein Drehmoment-Drehzahl-Diagramm mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen optimalen Bereich,
Fig. 6 ein Leistungs-Drehzahl-Diagramm nach Fig. 3j
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Bestimmung der Getriebeübersetzung,
Fig. 8 ein Diagramm des Motordrehmoments in Abhängigkeit der Spritzdauer und der Motordrehzahl.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Motor bezeichnet, der über eine Kupplung 3 und ein Getriebe 2 auf die Antriebsachse 11 eines Kraftfahrzeuges wirkt. Zur Ermittlung des Betriebspunktes einer solchen Motor-Getriebe-Kombination ist erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgesehen, die einen Meßfühler 7 zur Bestimmung der Motordrehzahl (bzw. der Getriebeeingangsdrehzahl) , einen Meßfühler 9 zur Bestimmung der Getriebeausgangsdrehzahl, einen Schalter 10 zur Bestimmung der Fahrpedalstellung (kick-down-Schalter), einen Meßfühler 13 zur Bestimmung der Spritzdauer an den Einspritzdüsen, oder alternativ zum Meßfühler 13 einen Meßfühler 8 zur direkten Bestimmung des Motordrehmomentes sowie einen Schalter 5 zur Vorgabe der Fahrzeugmasse aufweist, deren Signale einem Rechner 6 zugeführt werden, welcher aus den ihm zugeführten Werten Schaltsignale ermittelt, die mit Hilfe einer optischen oder akustischen Signaleinrichtung 12 dem Fahrer eine Schaltempfehlung vermitteln können. Zu diesem Zweck kann die Anzeige 12 im Führerhaus eines Kraftfahrzeuges z.B. im Bereich des Armaturenbrettes untergebracht werden, so daß sie vom Fahrer jederzeit gesehen werden kann. Die Schaltsignale können aber ebenso zur Steuerung eines automatischen Getriebes verwendet werden.
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Die 5"ig. 2 und 3 verdeutlichen, welchen Einfluß der gewählte Gang auf den Treibstoffverbrauch des Motors ausübt. Das Diagramm in Pig. 2 enthält als Beispiel die Zugkraft F eines Nutzfahrzeuges in vier verschiedenen Gängen (6, 7» 8 und 9). Pur die eingezeichnete Fahrwiderstandslinie läßt sich ablesen, daß mit dem Fahrzeug eine Geschwindigkeit vQ in den Gängen 7» 8 und 9 gefahren werden kann. In Fig. 3 ist die Motorleistung P des Fahrzeuges bei Vollast in Abhängigkeit von der Motordrehzahl η» dargestellt. Ferner enthält das Diagramm die Kurve des minimalen, leistungsbezogenen Kraftstoffverbrauches b · (maximaler Motorwirkungsgrad), an der sich ablesen läßt, bei welcher Drehzahl der Motor eine bestimmte Leistung mit kleinstem Kraftstoffverbrauch abgibt. Überträgt man in dieses Diagramm den Betriebspunkt F aus Fig. 2 mit den entsprechenden Getriebeübersetzungen des 7. bis 9. Ganges, so ergeben sich die Punkte En, Fg, Fq und es läßt sich unschwer erkennen, daß der 9· Gang optimale Kraftstoffverbrauchsverhältnisse ergibt, während im 8. und vor allem im 7· Gang die gleiche Motorleistung P mit einem unerwünscht hohen Kraftstoffverbrauch verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den über die verschiedenen Meßwerte ermittelten Betriebspunkt dahingehend zu überprüfen, ob er in dem in Fig. 4 gezeigten Leistungsdiagramm in einem Bereich liegt, der durch die Kurve maximalen Wirkungsgrades ^™ήν, bestimmt ist und der andererseits mit den vorhandenen Getriebeübersetzungen abgedeckt werden kann. Dieser optimale' Betriebsbereich I ist so ausgebildet, daß seine horizontale Ausdehnung - ausgehend vom gerade eingelegten Gang - dem Getriebesprung zum nächst höheren bzw. nächst niedereren Gang proportional ist und seine Grenzen H und R verbrauchssymmetrisch zur Kurve maximalen Motorwirkungsgrades fc ._ verlaufen. Das bedeutet, daß sich auf beiden Grenzen E und H bei gleicher Motorleistung der gleiche Kraftstoffverbrauch
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-Al ~
einstellt. Für die unterschiedlichen Getriebesprünge zwischen den einzelnen Gängen sind ebenso viele Bereiche vorgesehen, von denen nur derjenige zwischen dem 8. und dem 9- Gang in Fig. 4 gezeigt ist.
Dieser optimale Bereich I wird durch die Schaltgrenzen H und E, die Ordinaten n^ und np, die Abszissenachse P » 0 sowie den Abschnitt der Vollastkurve zwischen n, und n^ begrenzt. Außerhalb dieses optimalen Bereiches liegen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches ungünstigere Bereiche II und III, wobei der Bereich II durch die Hochschaltgrenze H, die Ordinate n~, die Abszissenachse P-O und die Abregelkurve bei Höchstdrehzahl begrenzt wird. Der Bereich III wird durch die Vollastkurve, die Ordinate n^ und die Eückschaltgrenze E begrenzt. Über die in Fig. 1 gezeigten Sensoren ermittelt das Eechenwerk den momentanen Betriebspunkt der Motor-Getriebe-Kombination und prüft, in welchem der Bereiche I, II oder III der Motorbetriebspunkt liegt. Da die Schaltgrenzen H und S um einen Getriebesprung gegeneinander versetzt sind, ist gewährleistet, daß der Motor die Leistung eines jeden Betriebspunktes, der unterhalb der Schaltgrenze H liegt, auch im nächsthöheren Gang aufbringen kann. Es kann sich daher nie der Fall einstellen, daß der Betriebspunkt des Motors vom ungünstigen Bereich II in den ungünstigen Bereich III durch den Schaltvorgang wandert, vielmehr rückt der Betriebspunkt nach Vollzug eines Schaltsignales immer näher an die Kurve minimalen Kraftstoffverbrauches Ujn^n» als dies vor dem Schalten der Fall war.
Die Schaltgrenzen E und H können einfach empirisch ermittelt werden und werden im Speicher des Eechners abgelegt, da sie eine für die jeweilige Motor-Getriebe-Kombination charakteristische Größe darstellen, deren Verlauf durch die jeweilige Motor-Getriebe-Kombination feststeht.
...-- 14- -,.. ■ .. Daim 12 909/4
-AH-
Die so festgelegten Grenzen können in Abhängigkeit der Fahrzeugbeschleunigung und der Fahrbahnsteigung verschoben werden. Liegt der Motorbetriebspunkt auf dem Teil der Eückschaltgrenze, der mit der größtmöglichen Motorleistung verbunden ist (außerhalb des Bereiches III), so läßt sich daraus schließen, daß das Fahrzeug stark beschleunigt oder eine extreme Steigung befahren werden soll (vgl. Fig. 4·). Als zusätzliches Kriterium zur Erkennung dieses Betriebszustandes kann die Fahrpedalstellung (kick-down) herangezogen werden, wozu dort ein Schalter 10 angeordnet ist. Bei einer Annäherung der Motordrehzahl von unten an den Wert n-, ist ein Zurückschalten nur dann noch sinnvoll, wenn die maximale Motorleistung für das Befahren von Steigungen mit hohen Geschwindigkeiten benötigt wird. Bei Beschleunigungsvorgängen lohnt sich ein Zurückschalten bei Annäherung an n^ nicht, da nach dem Wechsel in den nächstliegenden Gang die Drehzahl n^, und die Schaltgrenze H rasch überschritten und damit der Bereich II erreicht würde, in dem hochgeschaltet werden soll. In diesem Falle ist es dann günstiger, den optimalen Bereich zu vergrößern, so daß eine variable Drehzahlschwelle entsteht, die z.B. durch die folgende Beziehung ermittelt werden kann,
1 1
n3 " χ * n3
wobei χ mit steigender Beschleunigung zunimmt und sich vorzugsweise zwischen den Grenzen χ » 1 (bei Beschleunigung O) und x=1+·*·ί (bei starker Beschleunigung) bewegt. Die Größe i entspricht dem Getriebesprung zum nächst niederen Gang.
Beim Befahren von Steigungen können die Schaltzeiten mechanischer Getriebe bei einem Gangwechsel ein Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit bewirken. Aus diesem Grund
. -^ ι*-- .:.'-..' Daim 12 9Ο9Α
ist es günstig, die Schaltgrenzen variabel in Abhängigkeit der Fahrbahnsteigung zu verschieben. In diesem Fall darf also erst bei einer höheren Drehzahl als durch die ursprüngliche Schaltgrenze H bestimmt, in den nächst höheren Gang gewechselt werden. Der Motor wird sonst im ungünstigen Bereich III betrieben oder er kann die geforderte Leistung überhaupt nicht mehr abgeben, weil die Yollastkurve überschritten werden müßte. Wenn umgekehrt auf Gefällstrecken die Fahrzeuggeschwindigkeit während eines Schaltvorganges zunimmt, so können die Punkte der Schaltgrenze Ξ zu kleineren Motordrehzahlen hin verschoben werden. Somit beeinflussen Fahrbahnsteigungen und Gefälle die horizontale Ausdehnung des verbrauchsgünstigen Bereiches I. Zur Ermittlung der Fahrbahnsteigungen und Gefälle können die Meßgrößen des Motordrehmomentes, der Fahrzeuggeschwindigkeit (Getriebeausgangs-Drehzahl) und der Fahrzeugbeschleunigung herangezogen werden, die mit Hilfe der bekannten Bewegungsgleichungen eine Bestimmung dann erlauben, wenn auch noch die Fahrzeugmasse berücksichtigt wird. Diese kann entweder mit einem weiteren Sensor gemessen oder über eine externe Eingabe variabel dem Programmspeicher zugeführt werden. Hierzu kann z.B. im Fahrerhaus eines Kraftfahrzeuges ein Schalter 5 angebracht sein, der in Abhängigkeit des Beladungszustandes des Kraftfahrzeuges z.B. in die drei Stellungen nO, 1/2, 1" gebracht werden kann. Ein solcher Stufenschalter 5 erlaubt es, die Fahrzeugmasse in einfacher Weise zu berücksichtigen.
Da es für die praktische Anwendung des Verfahrens vorteilhafter ist, anstelle der Motorleistung das Motordrehmoment zu bestimmen, wird bei der Durchführung des Verfahrens überprüft, ob der momentane Betriebspunkt in einem optimalen Bereich liegt, der so dargestellt werden kann, wie dies aus Fig. 5 zu erkennen ist. Im Gegensatz zum Leistungs-Diagramm geht dabei die Abszissenparallele, auf der sich der Motor-
- 1 6 -
- 16 - - ;■■; Daim 12 9O9A
betriebspunkt im Leistungs-Diagramm beim Schalten bewegt, in eine Hyperbel über.
Zur Erstellung eines Drehmoment-Drehzahl-Diagrammes, wie es Fig. 5 zeigt, ist es nötig, die Drehzahl sowie das Motordrehmoment über Sensoren zu messen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Motordrehzahl induktiv mit dem Meßfühler (vergl. Fig. 1) am Zahnkranz der Schwungscheibe zu messen. Die Messung des Motordrehmomentes läßt sich indirekt über die Messung der Spritzdauer durchführen, die bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung über die Öffnungszeit der Einspritzdüsen vorgenommen werden kann. Dies kann über einen Meßfühler 13 geschehen, der die Bewegung der Düsennadel induktiv abtastet. Er liefert ein Start-Stop-Signal für die Zeitmessung, die einfach mit elektronischen Mitteln im Rechenwerk und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Alternativ dazu kann das Motordrehmoment aber auch mit Hilfe einer bekannten Drehmomentmeßwelle 8 gemessen werden.
Welchen Einfluß ein unterschiedlicher Getriebewirkungsgrad in den einzelnen Gängen (abhängig von Motorleistung und Motordrehzahl) auf die Festlegung des optimalen Bereiches I hat, ist aus der Fig. 6 zu erkennen. Ein solcher unterschiedlicher Getriebewirkungsgrad kann im Kurvenverlauf der Schaltgrenzen berücksichtigt werden.
Nach dem Hochschalten vom Gang (i) in den Gang (i + 1) wird bei konstanter Zugkraft des Fahrzeuges (gleiche St ei-S^uag» gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit) eine kleinere Motorleistung benötigt, wenn der Wirkungsgrad im Gang (i + 1) größer als im Gang (i) ist (Δη G > O). Dies hat zur Folge, daß im Hinblick auf den kleinstmöglichen Kraftstoffverbrauch schon bei einer kleineren Drehzahl hochgeschaltet werden soll, als die ursprüngliche Schaltgrenze H angibt.
.J Λψ ^ - .-·. Daim 12 909A
Dadurch, wird der Bereich. I schmäler. Umgekehrt dehnt sich dieses Leistungsband in horizontaler Richtung weiter aus, wenn der Getriebewirkungsgrad im Gang (i + 1) kleiner als im Gang (i) ist (Δη _ ^- 0). Sofern die Wirkungsgrade der einzelnen Gänge nur geringfügig voneinander differieren, genügt es, den Verlauf der Schaltgrenze H entsprechend anzupassen. Bei größeren Abweichungen wird auch der Teil der Schaltgrenze E verschoben, der nicht mit der Vollastkurve identisch, ist, so daß beide Schaltgrenzen soweit wie möglich "verbrauchssymmetrisch zur Kurve maximalen Motorwirkungsgrades'1 verlaufen.
Die Messung der Getriebeübersetzung wird erfindungsgemäß dadurch vorgenommen, daß, wie dies aus fig. 7 zu ersehen ist, das Sechenwerk zwei Zähler Zn und Z^, umfaßt, denen die Getriebeausgangsdrehzahl n~ sowie die Getriebeeingangsdrehzahl (bzw. Motordrehzahl) n« zugeführt werden. Auf ein gemeinsames Startsignal hin beginnen die Zähler zu laufen, wobei der Zähler Z^ dann dem Zähler Zj. ein Stop-Signal gibt, wenn die Getriebeausgangsdrehzahl n~ einen bestimmten Wert Zn erreicht hat. Der Stand Zj. des Zählers Z». entspricht dann gerade der Getriebeübersetzung iG, wobei das Ergebnis unabhängig von der Pahrzeuggeschwindigkeit- und beschleunigung ist. Dies kann durch folgende Gleichungen ver deutlicht werden:
Für die Zählzeit t% der Zähler ZQ und ZM gilt:
ZG ZM
t,- - - -
11G nM
nM
Daraus folgt: z„ » Znx
nG
- 18 -
Mit Zq » const. xiiLd i
Daim 12 909A
1G
d.h., der Zählerstand zM ist proportional zur Getriebeübersetzung Xq.
Als !Rechenwerk kann ein Mikroprozessor vorgesehen sein, der mit einem Arbeitsspeicher und einem Programmspeicher versehen ist, wobei in dem Programmspeicher die feststehenden Motor- und Getriebedaten abgelegt werden können. Hierzu zählt auch der Zusammenhang zwischen Spritzdauer (SD) und Motordrehmoment (M) in Abhängigkeit der Motordrehzahl (nM), der in Fig. 8 als räumliche Fläche dargestellt ist und im Programmspeicher z.B. als Tabelle punktweise abgespeichert sein kann.
Durch ein solches erfindungsgemäßes Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung können genauere Schaltempfehlungen gegeben werden, als dies bisher der Fall ist, da durch die erfindungsgemäße Festlegung des optimalen Bereiches I gewährleistet ist, daß nach dem Schalten sich der Betriebspunkt in jedem Falle näher an der Kurve maximalen Wirkungsgrades befindet, als dies vor dem Schaltvorgang der Fall war.

Claims (8)

  1. Ansprüche
    Verfahren zur Ermittlung von Schaltempfehlungen für ein von einem Verbrennungsmotor angetriebenes und mit einem Getriebe mit abgestuften Gängen versehenes Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, bei dem Meßwerte zur Bestimmung des jeweiligen Betriebspunktes erfaßt und mit den Werten eines hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches optimalen Bereiches des Motorkennfeldes verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Meßfühler zum Abtasten der Motordrehzahl, des Motormomentes, der Geschwindigkeit des fahrzeuges sowie weiterer Kenngrößen angeordnet sind und daß ein Sechenwerk vorgesehen ist, welchem die Meßwerte zugeführt werden und welches Schaltsignale dann erzeugt, wenn die verarbeiteten Meßwerte Größen ergeben, die entweder oberhalb oder unterhalb eines vorbestimmten Wertebereiches liegen, der sich an der Kurve minimalen, spezifischen Kraftstoffverbrauchs (b_.:_) des Motors orientiert und der soweit wie möglich durch verbrauchssymmetrisch zu den Werten dieser Kurve liegende Grenzwerte (Schaltgrenzen) bestimmt ist, deren Abstand voneinander der Größe jeweils eines Getriebesprunges proportional ist.
    - 2 - Daim 12 909 A
  2. 2. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte (Schaltgrenzen R, H) in Abhängigkeit der Fahrzeugbeschleunigung und der Fahrbahnsteigung verschoben werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte (Schaltgrenzen R, H) in Abhängigkeit des Getriebewirkungsgrades (η ) verschoben werden.
    L G
  4. 4-. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach. Anspruch 1, bestehend aus dem Motor und dem Getriebe zugeordneten Meßfühlern, deren Meßwerte einen elektronischen Rechner zur Bestimmung des jeweiligen Betriebspunktes zugeführt werden, sowie aus Vergleichselementen, die dem Rechner zugeordnet sind und prüfen, ob der momentane Betriebspunkt in einem optimalen Bereich des Motorkennfeldes liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (7) vorgesehen ist, der am Zahnkranz der Schwungscheibe des Motors (1) angeordnet ist.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Meßfühler (15) aufweist, die induktiv die Bewegung der Düsennadel abtasten.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen vom Pahrzeugfahrer betätigbaren Schalter (5) zur Abgabe eines der Eahrzeugmasse entsprechenden Signales an das Rechenwerk (6) aufweist.
    -3 - ' "·■' ·■■ Daim 12 emfaWü_iO56
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Meßfühler (7, 9) aufweist, die in Abhängigkeit von der Getriebeeingangs-(nM) und der Getriebeausgangsdrehzahl (nG) Signale an das fiechenwerk (6) abgibt.
  8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei elektronische Zähler (Z~, Zw) aufweist, denen die der Getriebeeingangs- (nM) bzw. Getriebeausgangsdrehzahl (nG) entsprechenden Impulse zugeführt werden, die solange beide Signale aufsummieren, bis die Anzahl der der Getriebeausgangsdrehzahl (η~) entsprechenden Impulse einen fest vorgegebenen Wert erreicht hat.
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